在衬底上生长GaN平面纳米线的方法技术

本发明专利技术提供一种在衬底上生长GaN平面纳米线的方法，包括如下步骤：步骤1：将衬底放入有机溶液中超声清洗；步骤2：在清洗的衬底上蒸镀一层金属薄膜；步骤3：把蒸镀有金属薄膜的衬底倒立放在反应炉的托盘上，在衬底与托盘之间形成狭缝；步骤4：提升反应炉温度，通入反应气源，在衬底上生长平面的GaN纳米线；步骤5：关闭气源，将温度降至室温，完成GaN平面纳米线的制备。本发明专利技术不需要在衬底上制造图形，处理工艺简单，大大的降低了生长成本；本纳米线是水平外延生长在衬底上，与现代电子技术中传统的平面法兼容(晶体管的制备过程)，有利于后续器件制备；晶体质量优良，有利于提升器件性能。

A method for the growth of GaN planar nanowires on a substrate

The present invention provides a method for the growth of GaN nanowires on the substrate surface, which comprises the following steps: Step 1: the substrate is placed in ultrasonic cleaning in organic solution; step 2: plating a layer of metal thin film deposition in the cleaning of the substrate; step 3: the substrate is plated with inverted metal film on the tray reactor on the slit is formed between the substrate and the tray; step 4: enhance the reactor temperature, the reaction gas, growth of GaN nanowires in a planar substrate; step 5: turn off the gas, the temperature to room temperature, GaN planar nanowires. The invention does not need manufacturing pattern on the substrate, the process is simple, can greatly reduce the cost of growth; Benner vermicelli is epitaxially grown on the substrate level, compatible with the traditional plane method and modern electronic technology (in the preparation process, the transistor) for subsequent device fabrication; excellent crystal quality, is conducive to enhancing device performance.

【技术实现步骤摘要】
在衬底上生长GaN平面纳米线的方法
本专利技术属于半导体材料生长
，特别涉及一种生长高质量GaN平面纳米线的生长方法。
技术介绍
GaN材料是一种直接带隙的宽禁带半导体，具有优异的物理，化学稳定性，再加上其高饱和电子漂移速度，高击穿场强等特性，已经广泛应用于高温，高频，高功率电子器件及光电子器件。2014年，日本中村修二等人就因为对GaN基蓝光LED贡献获得了诺贝尔物理学奖。GaN纳米线由于在生长过程中可以通过侧向释放应力及扩散位错，被认为是一种新型的可以替代常规GaN薄膜的无缺陷，位错材料。GaN纳米线材料已经被大量应用在光电子，电子电力，光水解，气体检测等不同的领域。GaN纳米线的生长方法，可分为两种：选区生长方法和金属催化方法。选区生长方法由于需要在衬底上做纳米图形，使得纳米线的制备工艺变得尤为复杂。金属催化生长只需要在外延衬底上洒一些金属颗粒，或蒸镀一层薄膜就可以简便的在衬底生长出纳米线。另一方面，金属催化生长的实验条件也没有选区生长苛刻。因而，金属催化生长GaN纳米线依然是GaN纳米线生长中的一个极为重要的课题。然而当前生长的GaN纳米线绝大多数都是面外的，而在纳米线器件制备当中一般都需要采用传统的平面法，如光刻，金属蒸镀，PECVDSiO2。因而对于这些面外的纳米线在器件制备过程当中，一般都需要把纳米线从外延衬底上剥离下来，然后通过电泳等一些办法控制其在衬底上的位置。因此传统制备GaN纳米线的办法将不利于后续器件的构建，在衬底上直接可控的平面外延生长纳米线变得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种在衬底上生长GaN平面纳米线的方法，其不需要在衬底上制造图形，处理工艺简单，大大的降低了生长成本；本纳米线是水平外延生长在衬底上，与现代电子技术中传统的平面法兼容(晶体管的制备过程)，有利于后续器件制备；晶体质量优良，有利于提升器件性能。本专利技术提供一种在衬底上生长GaN平面纳米线的方法，包括如下步骤：步骤1：将衬底放入有机溶液中超声清洗；步骤2：在清洗的衬底上蒸镀一层金属薄膜；步骤3：把蒸镀有金属薄膜的衬底倒立放在反应炉的托盘上，在衬底与托盘之间形成狭缝；步骤4：提升反应炉温度，通入反应气源，在衬底上生长平面的GaN纳米线；步骤5：关闭气源，将温度降至室温，完成GaN平面纳米线的制备。本专利技术的有益效果是，其不需要在衬底上制造图形，处理工艺简单，大大的降低了生长成本；本纳米线是水平外延生长在衬底上，与现代电子技术中传统的平面法兼容(晶体管的制备过程)，有利于后续器件制备；晶体质量优良，有利于提升器件性能。附图说明为使本专利技术的技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例及附图详细说明如后，其中：图1为本专利技术的流程图；图2为衬底倒立在反应炉托盘上的示意图；图3为C-面蓝宝石上生长的平面GaN纳米线的俯视图；图4为R-面蓝宝石上生长的GaN纳米线的俯视图；图5为GaN纳米线与衬底截面的高分辨电子透射图。具体实施方式请参阅图1所示，本专利技术提供一种在衬底上生长GaN平面纳米线的方法，包括如下步骤：步骤1：将衬底放入有机溶液中超声清洗，所述衬底的材料为Si、Al2O3、SiC或GaN，所述的有机溶液为丙酮和乙醇；具体步骤为将衬底放入乙醇和丙酮溶液中先后超声5分钟，用以清除衬底表面的有机物和颗粒杂质。然后再用去离子水冲洗。最后用N2吹干衬底表面的水滴；步骤2：在清洗的衬底上蒸镀一层金属薄膜，所述蒸镀的金属薄膜为Au、Ni、Au、Al、Fe或Pt，或及其组合，所述的金属薄膜的厚度为0.2nm-20nm；其中蒸镀是用电子束蒸镀设备在清洗后的衬底上依次镀一层Ni和Ai金属薄膜，蒸镀速度为0.1-0.2nm/s；蒸镀金属是为了辅助催化纳米线的生长；在后续升温过程中金属薄膜会在高温下自动起球形成20nm-200nm直径的金属颗粒；另外，也可以直接用化学合成后的金属颗粒用旋涂的方式直接洒在衬底上；步骤3：把蒸镀有金属薄膜的衬底倒立放在反应炉的托盘上，在衬底与托盘之间形成狭缝，所述的倒立衬底是指把蒸有金属薄膜的一面贴近反应炉中的托盘，所述的衬底与托盘之间的狭缝为0.1mm-5mm，该狭缝的形成是通过在衬底与托盘之间添加耐高温的支撑物，或者使用非平整的托盘，目的是为了让少量的反应源能够输入到衬底金属薄膜的一面(参阅图2)；步骤4：提升反应炉温度，通入反应气源，在衬底上生长平面的GaN纳米线，所述的提升反应炉的温度为300-1200℃，升温速度为15-50℃/分钟。所述的反应源是，当使用MOCVD时通入的反应气源为TMGa和NH3，当使用HVPE通入的反应气源时为HC1和NH3。其中通入反应气源的时间为：3-100分钟；其中反应室中除了反应气体还要载气N2和H2，它们的作用是稀释反应气体及辅助反应气体流入反应室；步骤5：关闭气源，将温度降至室温，完成GaN平面纳米线的制备。其中生长结束后先关闭HCl气体，将衬底的温度降低到700℃时再继续关闭NH3输入；最后继续降温，完成GaN纳米线的制备；其中NH3到了700℃时才关闭是为了防止生长的GaN纳米线在高温下分解；而GaN材料在高温时在NH3气氛下不容易分解。图3和图4分别为C-面蓝宝石和R-面蓝宝石上高温生长的水平GaN纳米线的扫描电镜俯视图。通过扫描电镜观测可知这种GaN纳米线是完全水平生长在衬底上。图5为C-面蓝宝石衬底上生长的平面GaN纳米线与衬底界面处的高分辨电子透射电镜图。通过电子衍射图可以看出GaN纳米线是完美的外延生长在蓝宝石衬底上，具有高度优良的结晶质量。以上所述的具体实施，对本专利技术目的、技术方案和效果进行了进一步的详细说明，应理解的是，以上所述为本专利技术的具体实施案例而已，并不是用于限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则内，所做的任何修改、等同变换、改进，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在衬底上生长GaN平面纳米线的方法，包括如下步骤：步骤1：将衬底放入有机溶液中超声清洗；步骤2：在清洗的衬底上蒸镀一层金属薄膜；步骤3：把蒸镀有金属薄膜的衬底倒立放在反应炉的托盘上，在衬底与托盘之间形成狭缝；步骤4：提升反应炉温度，通入反应气源，在衬底上生长平面的GaN纳米线；步骤5：关闭气源，将温度降至室温，完成GaN平面纳米线的制备。

【技术特征摘要】
1.一种在衬底上生长GaN平面纳米线的方法，包括如下步骤：步骤1：将衬底放入有机溶液中超声清洗；步骤2：在清洗的衬底上蒸镀一层金属薄膜；步骤3：把蒸镀有金属薄膜的衬底倒立放在反应炉的托盘上，在衬底与托盘之间形成狭缝；步骤4：提升反应炉温度，通入反应气源，在衬底上生长平面的GaN纳米线；步骤5：关闭气源，将温度降至室温，完成GaN平面纳米线的制备。2.根据权利要求1所述的在衬底上生长GaN平面纳米线的方法，其中衬底的材料为Si、Al2O3、SiC或GaN。3.根据权利要求1所述的在衬底上生长GaN平面纳米线的方法，其中所述的有机溶液为丙酮和乙醇。4.根据权利要求1所述的在衬底上生长GaN平面纳米线的方法，其中蒸镀的金属薄膜为Au、Ni、Au、Al、Fe或Pt，或及其组合。5.根据权利要求4所述的在衬底上生长GaN平面纳米线的方法，其中所述的金属薄膜的厚度为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊晓燕，伍绍腾，刘志强，黄洋，程成，王蕴玉，綦成林，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11